现代民用飞机翼肋布置

赵爱莹

【摘 要】翼肋布置对翼盒设计至关重要。本文主要介绍翼肋的常见布置形式、布置原则并重点阐述翼肋布置时需考虑的协调因素。

【关键词】飞机；肋；布置

【Abstract】The layout of ribs is quite important for the configuration of wingbox. This paper mainly introduce the traditional layouts and the layout principle. The factors which should be considered in the process are also mentioned.

【Key words】 Rib； Layout； Wingbox

0 引言

翼肋位于机翼上下壁板之间，航向与前梁、后梁连接。

主要功能如下：

1）将气动力及集中载荷转换成为壁板和翼梁自身平面方向的作用力，即把载荷扩散到翼盒，由壁板和梁腹板的内力来平衡；

2）具有维持机翼气动外形的作用；

3）对壁板提供支持，翼肋的刚度直接影响其对壁板的支持系数，从而影响壁板的总体稳定性及局部稳定性；

4）为吊挂、襟翼、副翼、缝翼、扰流板和起落架提供安装支持；

5）为系统安装提供支持；

6）油箱半密封肋控制燃油流动方向并减轻燃油晃动的影响，端肋密封后作为整体油箱边界。

基于以上功能，可以看出翼肋布置直接影响翼盒的布置。

1 布置形式

翼肋的常见布置形式有如下三种[1]。

1.1 顺气流布置

这种布置可保证机翼有比较好的平滑外形，但在同样翼肋间距情况下，翼肋长度比正交布置要长，故结构重量重。同时，该布置使翼面壁板的有效长度增加，对提高稳定性不利。由于翼肋与壁板长桁和翼梁不垂直相交，所以设计、制造和装配的成本都将增加。另外，由于翼肋不垂直于机翼弯曲方向，导致翼肋缘条的弯矩增加，并使缘条受力复杂。

1.2 正交布置

这种布置比较常见，可减少翼肋长度，同时还可减少有效壁板长度，提高壁板稳定性，减轻结构重量。该布置的制造工艺性较好，受力清晰，具有较高的结构效率，但在保证良好气动外形方面不如顺气流布置。

1.3 混合布置

有时由于后掠翼根部三角区的布置需求，或起落架安装连接的需要，或由翼肋间距需要，根部按顺气流布置翼肋，其他仍按垂直后梁轴线正交布置翼肋，中间肋布置方向逐步渐变。

2 布置原则

2.1 集中载荷

根据总体设计布局的要求，有集中载荷部位首先设置加强肋，如机翼各段对接、襟翼和副翼的悬挂和支撑点、发动机架的安装点、起落架的安装连接点、外挂悬挂点等。

2.2 后掠翼根部三角区

在后掠翼根部布置垂直于前梁和后梁的翼肋和边缘肋，形成根部超静定结构三角区。这部分没有蒙皮也属于静定结构，其扭转、剪切和弯曲易于分析。

2.3 统计和原准机确定翼肋间距

在方案设计阶段，可根据原准机和统计数据确定翼肋。根据现今飞机翼肋统计，最佳肋距在500mm左右，中型飞机为600mm左右，大型飞机约800mm。

2.4 翼盒和壁板总重量之和要小

翼肋间距适当增加，翼肋的数量减少，翼肋总重量下降。但由于翼肋间距加大，壁板承载时的结构效率降低，壁板的总体失稳临界应力也降低，壁板的结构重量增加。结构总重量与翼肋间距之间的关系曲线如图1所示[2]。

由于蒙皮-长桁壁板的应力随N/L变化，所以，将翼肋布置得密集一些可以得到较轻的机翼表面结构。但这样做了以后，翼肋的重量便相当可观，因此最轻的结构事实上应该有较小的翼肋间距。因为蒙皮和桁条增加的重量要比减少翼肋所节省的重量大得多。

N——蒙皮-桁条壁板端部每英寸宽度上的压缩载荷

L——翼肋的间距

2.5 肋间距逐渐变化

机翼的平面和厚度在翼展方向是渐缩的，所以，最佳结构肋距是变化的。最大肋间距在机翼内侧根部区域，一般肋间距随翼盒厚度增大而增加。

2.6 综合利用

在翼肋布置中尽量考虑综合利用，设计成具有双重功能肋的位置，如支撑起落架的翼肋同时又支撑襟翼导轨。又如梁分段处布置的翼肋一方面参与梁的对接，另一方面还能支撑襟翼结构。

3 布置流程

翼肋在第一轮布置时，若吊挂连接、主起连接等位置确定需在考虑该位置的基础上，基于按照经验所确定的较优肋间距、最优肋布置方位及下壁板的施工和维护开口要求对机翼进行初步布置。翼肋布置过程中，所需考虑的协调因素较多。通过分析协调因素的需求，进一步确定翼肋的位置。之后，通过检查强度分析、加工装配、维护性分析等分析结果对布置进行二次优化。该过程循环迭代直至最优。

在翼肋布置过程中，需遵循“先后有序、主次有别、基准先行、注重协调、滚动迭代、收敛优化”的原则，不断优化协调，最终确定翼肋的布置方案。

4 结语

翼肋布置作为翼盒布置的一部分，因其考虑的协调因素较多，直接影响到翼盒的整体布置。除了要考虑布置因素，还应从全局角度考虑翼肋布置形式对飞机整体重量的影响，力争翼肋布置经济合理。

【参考文献】

[1] 《飞机设计手册》总编委会.飞机结构设计手册10[M].航空工业出版社，2000：409-411.

[2]牛春匀.实用飞机结构设计[M].航空工业出版社，2008.P364.

[责任编辑：王伟平]